毕业论文-动力刀架设计

1、摘 要动力刀架是现今精密数控机床中的核心部件。随着科技的进步发展，动力刀架的技术也趋于成熟和完善。国外很多在动力刀架方面知名的公司和生产商都研发和推出了系列化的产品。虽然国内也有较为完善的生产机制，但是大多还是模仿国外的产品，缺乏自主创新能力，与国外相比仍有较大差距。现在导师的指导下，设计一种单伺服电机驱动的动力刀架。该刀架是依靠伺服电机和液压系统来实现离合，刀盘转位，以及动力切换，利用高精度的端齿盘来实现刀盘转位的精定位，通过拨叉拨动滑移齿轮来实现刀盘转位和动力刀具之间的动力切换。它能搭载12把刀具，可以实现车、铣等各种加工方式。特点是刀具转位速度快，分位精度高，重复精度高，可靠性强。在进行

2、文献查阅和调查国内外研究现状的基础上，分析了设计单伺服电机驱动的动力刀架设计的重点难点，提出了相应的解决方法。完成了装配图和部分零件图。运用Pro/Engineer软件建立三维模型，并且对建立出的三维模型进行运动仿真。关键词：动力刀架；单伺服驱动；动力切换 Abstract Dynamic tool rest is now the key department of precision CNC Turning and milling machining center.Along with the development of the science and technology,the man

3、ufacturing technology of dynamic tool rest is well developed.Many foreign company and manufacturer which is famous for dynamic tool rest has produce a series of production.there is also a completed productive system,but there are a lot of production which is imitative.The producers inland lack of th

4、e innovative ability.Comparing with the foreign producer ,we still have a long way to go .Under the guide of the teacher,I design a type of dynamic tool rest which is driven by one -servo-motor.This tool rest uses servo motors and hydraulic system to go on clutching ,shifting the tool position and s

5、witching power, uses high-precision tooth couplings for accurate positioning,and uses shifting forks to dislodge the gears tor realize the power switching.the tool rest can carry 12 different kinds of power tools,it can achieve milling, turning and other processing. It features fast tool change posi

6、tion, sub-bit high precision, high repeatability and reliability.The study of dynamic tool rest is based on literature research and study of the advanced technology inland and abroad,then analyses the key point and difficulty of the design of the dynamic tool rest driven by single servo motor,and fi

7、gure out the precept to solve the problem.And finish the assembly drawing and some part drawings.Finally I use the software named Pro/Engineer to finish the 3D model and the motion simulation.Keywords: dynamic tool rest;driven by single servo motor;power switching目 录摘要IAbstractII第一章 绪论 .1 1.1 研究现状 1

8、 1.2 设计内容3第二章 总体方案设计4 2.1 双伺服动力刀架4 2.2 单伺服动力刀架4 2.3 直驱刀架外加电主轴模块5 2.4 力矩电机外置加电主轴6 2.5 本章小结 6第三章 动力刀架的设计计算 7 3.1 伺服电机的选择计算 7 3.1.1 旋转件的转动惯量计算 7 3.1.2电机转矩的估算 10 3.2 动力刀具传动链的转动惯量计算 11 3.3 传动齿轮的设计计算 12 3.4 传动轴的设计计算 19 3.5 轴承的选择 21 3.6 端齿盘的设计计算 23 3.7 强度校核 24 3.8 关键部分设计 25 3.8.1液压系统设计 25 3.8.2 动力刀具接口设计 27

9、结束语 30 参考文献 注：1 摘要、章、结束语、参考文献：（宋体、小四、加粗、居左）；2 节：（宋体、五号）；3 中文摘要、英文摘要、目录的页码依次编排用“、 ”罗马数字（宋体、小五号、居中、底部）。III第1章 概述 目前，在世界机床制造和机械加工领域，复合加工技术是处于领先地位的技术。实现车铣复合加工，有许多可行方案，而卧式车床床身搭载转塔动力刀架就是其多种方案中应用最广泛的一个。其中，数控转塔刀架是实现复合加工的核心功能部件，不仅可以像普通刀架装配多把普通车刀，并且能够同时提供动力驱动动力刀具，完成铣、钻、攻丝、铰孔等加工。 在当今市场单件小批量和快速生产的需求的刺激下，催生出了复合加

10、工。在众多领域中，车铣复合加工发展目前来说已经具有一定规模。在一般的机械加工领域中,加工主要分为以下两种方式：第一，工件转动，这种加工方式是车削加工；第二，刀具转动，这种加工方式是加工中心加工。这两种加工方式的结合就是车铣复合加工,它既能够完成车削功能,同时又能够完成铣、镗、钻、铰、扩等功能。车铣复合加工不仅是机械加工的发展方向之一，同样也是当今世界机床技术发展的大潮流。铣刀旋转、工件旋转、铣刀轴向进给和径向进给，在这四个车铣复合加工机床的基本运动中，要完成这铣刀旋转的动作就需要使用到动力刀架。在引入动力数控刀架后，车铣复合加工中心基本实现了如下几个目标:缩短制造工艺链和物流长度;减少装夹次数

11、以及工装夹具数量;减小使用占地面积，降低了成本。实现了在确保质量的前提下，提高生产率和自动化的程度。步入新世纪以来，我国的数控机床行业发展势态愈发迅猛，主机技术向着高速、智能、复合、环保方向不断发展。动力刀架作为数控机床及加工中心重要部件之一，它的性能优劣关系到整台机床的性能，甚至深刻影响着我国制造业整体水平的高低。当前市场中，动力刀架技术已经趋近成熟完善，国外很多著名刀架生产商都已设计研发并推广出自己的系列化产品，国内也已有较为完善的生产机制。但是绝大部分仍然是模仿国外的产品，缺乏自主创新能力，它与国外的先进水平相比较，在精度等方面还存在着一定的差距，在一定程度上这会制约机床发展。所以，在动

12、力数控刀架的设计上，提高反复多次定位的精度和降低刀架出现故障的概率意义重大。1.1研究的现状 动力刀架最早出现于1980年。经过30多年的发展，随着伺服刀架的出现，动力刀架由最初的外加动力刀具驱动模块的形式发展为现今伺服动力刀架。伺服刀架又分为双伺服动力刀架以及单伺服动力刀架。随着车削中心和车铣复合机床模块化设计的发展以及对功能部件性能参数和可靠性要求的逐渐提高，在单伺服动力刀架的基础上衍生出下列动力刀架产品：（1） 内置电主轴的直驱动力刀具刀架结构这种动力刀架采用内置的电主轴直接驱动动力刀具代替伺服电机通过传动系统驱动刀具，是动力刀具的最大转速得到了提升，可达到10000r/min。同时刀盘

13、和动力刀座采用了BMT接口，提高了重复定位精度。此项技术最先由德国Sauter公司申请专利。（2） 力矩电机直驱式动力刀架这种动力刀架大幅度减少传动系统的复杂性，省去大量零件，使刀架体积变小，性能与功能与原来的伺服电机驱动刀盘的动力刀架。但是因为简化了传动系统，因此可靠性大幅度提升。（3） 带Y轴、B轴的动力刀架目前国外动力刀架的研究均已成熟，德国，日本，意大利，英国等发达国家均有成熟的产品运用于生产。国外的生产商如德国肖特公司（sauter），意大利巴拉法蒂（baruffaldi）、杜普玛迪克（duplomatic）等著名的生产商。世界上最著名数控转塔刀架生产企业是德国的Sauter公司和意

14、大利Baruffaldi公司。这两家企业刀架的性能指标如表1.1所示:表1.1 国外厂家生产的刀架的技术参数厂家中心高（mm）工位（个）45°转位时间(s)45°转位并加紧时间（s）Sauter公司16080.380.78Baruffaldi公司16080.440.84 国内的动力刀架技术仍处于发展阶段，目前国内动力刀架生产较为著名的生产商有：常州市宏达机床数控设备有限公司、常州市新墅数控设备有限公司、烟台环球机床附件集团有限公司、沈阳精诚数控机床附件厂。这些厂家中技术规格参数指标较高的是沈阳机床数控刀架分厂和烟台环球机床附件厂。表1.2是国内两个厂家生产的两种型号的转塔刀

15、架的技术参数。表1.2 国内厂家的刀架技术参数厂家中心高（mm）工位（个）45°转位时间（s）45°转位并夹紧时间（s）引进技术烟台环球机床附件厂AK3116080.661.54意大利Baruffaldi沈阳机床厂TSMA16016080.44意大利Baruffaldi 图1.1 国内产品 图1.2 国外产品从上面两表的数据就可以看出国外生产的刀架转位速度快，在实际加工时有较高的效率。45°转位并加紧时间这项种烟台环球机床附件厂生产的刀架的用时是德国肖特公司的一倍。而且两家国内生产厂家的技术还是从意大利Baruffaldi公司引进的。由此可见，国内的刀架生产技术与

16、国外的先进水平仍有很大差距。 目前烟台环球机床附件厂生产的动力刀架均有不错的性能具体参数见表1.3 表1.3 烟台环球机床附件厂的动力刀架参数No项目AK3380X12AAK33100X12AAK33125X12A1中心高801001252工位数1212123刀孔定位精度6"6"6"4重复定位精度2"2"2"530°转位时间26180°转位并夹紧时间1.541.02.57最大不平衡负重力矩1540608分度频数7507507509最大转动惯量1.34.5110最大载重4012016011刀柄直

17、径3030/405012刀具接口DIN5482DIN5482DIN548213传动比1:11:11:1.0514最高转速50004000300015最大扭矩20406016最高功率681017可配动力刀夹数12121218冷却水口G1/4G1/4G3/819电缆接口/M24x1.520刀架净重22840821刀架毛重25645322箱体尺寸（长X宽X高）620X510X590700X650X810880X764X810 目前，我校研究生在杨庆东教授的指导下也研制出了国内首创的力矩电机直驱刀架。力矩电机直驱刀架大幅度简化了刀盘的传动系统，使刀架体积大幅度减小，由于传动系统的简化，刀架的精度以及可

18、靠性也得到了提升。1.2 设计内容1、 进行数控车削中心动力刀架总体研究，并进行整体布局设计；2、 研究各种电机，为动力刀架选择合适的电机；3、 研究出一种动力切换的可行方案4、设计刀架结构、动力驱动，完成关键部件的设计计算；5、完成动力刀架的二维设计和三维设计 。第2章 方案选择动力刀架在其发展时间内已发展出了多种的形式，设计方式也各有不同。以下是在导师指导下选出的四种方案。2.1 双伺服电机驱动动力刀架双伺服电机驱动动力刀架是最早出现的动力刀架形式，经过很长时间的发展，有了很成熟的研究结果，也已经推出了一系列的产品。在其上改进的空间不大。双伺服电机驱动动力刀架的示意图如图2.1 图2.1

19、双伺服动力刀架简图1：刀盘驱动电机 2：动力刀具驱动电机双伺服电机驱动动力刀架，使用两个电机分别驱动刀盘以及动力刀具，刀盘的精定位则通过高精度鼠牙盘和液压系统离合实现鼠牙盘的啮合脱开来实现刀盘的精定位。这种动力刀架所占空间较大，结构较为简单，传动方式也较为简单。而且国内外双伺服动力刀架产品已经较成熟，设计价值不高。所以弃用此方案。2.2 单伺服电机驱动动力刀架 单伺服电机驱动动力刀架是在双伺服驱动动力刀架的基础上，发展出的一种更为先进的动力刀架。单伺服动力刀架性能优越，结构紧凑，较之双伺服动力刀架有较大的优势。示意图如图2.2图 2.2 单伺服电机驱动动力刀架简图单伺服动力刀架较之双伺服动力刀

20、架难度较大，关键在于单伺服动力刀架有一个动力切换的问题，双伺服电机驱动只需电机直接控制刀盘和动力刀具即可。而单伺服电机驱动的动力刀架因为仅使用一个伺服电机，所以在完成刀盘转位之后必须完成一个动力切换过程，将伺服电机驱动刀盘转为驱动动力刀具。所以需要一个动力切换装置来完成这个动力切换的过程。刀盘的精定位同样使用鼠牙盘和液压系统，通过液压系统带动鼠牙盘的离合来实现刀盘的精定位。而动力切换装置则拟以拨叉和滑移齿轮实现。单伺服动力刀架目前在我国的研究发展制造仍然处于起步阶段，对单伺服动力刀架的研究开发是非常有必要的，单伺服动力刀架相较于双伺服动力刀架而言，性能更优越，因为使用单电机所以结构较紧凑，在未

21、来有较大的发展潜力，且内部传动结构较为复杂，有研究开发的意义。所以选用此方案。2.3力矩电机直驱刀架外加电主轴模块力矩电机直驱刀架是我校自主研究开发的刀架，目前还在实验阶段，简图如图2.3图 2.3 力矩电机直驱刀架外加电主轴模块此刀架的主体部分是我校自主研发的，将力矩电机内置于刀盘的内部，同样以鼠牙盘和液压系统的离合来实现刀盘的精定位，此刀架将电机内置，节省了很大一部分空间，是刀架的结构更加紧凑，同时也减轻了刀架的整体重量。同时直驱刀架是零传动，所谓零传动就是利用力矩电机直接驱动回转运动，省去齿轮传动等等中间环节，把机床传动链的长度缩短为零。该方式避免了中间环节能量的损失，并能得到高的动态性

22、能和好的定位精度，直驱刀架以其紧凑的结构，迷你的机体，零传动的高精度，在未来具有十分广阔的发展前景。但是此刀架在设计时，将刀盘内部空间已经布满，想要在这个刀架的基础上再加上电主轴和动力刀座的设计难度较大，对于我目前的知识水平来说有相当大的难度。所以弃用此方案。2.4力矩电机外置加上电主轴模块这种方案是在方案三的基础上为了设计的可行性改进的方案，简图如图2.4图 2.4力矩电机外置加电主轴模块这种方案将刀盘内的力矩电机外置，提供了电主轴以及动力刀具的设计安装的可行性，但是这种方案也使电机的体积增加，失去了直驱刀架的体积小，结构紧凑，以及零传动的优势。在结构的紧凑性上甚至还不如单伺服动力刀架，所以

23、弃用此方案。2.5本章小结本章描述了设计动力刀架的四种方案，对于四种方案的优劣进行了比较。经过对比，选择设计单伺服动力刀架，单伺服动力刀架目前在我国的研究发展制造仍然处于起步阶段，对单伺服动力刀架的研究开发是非常有必要的，单伺服动力刀架相较于双伺服动力刀架而言，性能更优越，因为使用单电机所以结构较紧凑，在未来有较大的发展潜力，且内部传动结构较为复杂，有研究开发的意义。所以选用此方案。而更有发展潜力的直驱刀架则因能力有限所以不选用。第3章 动力刀架的设计计算及关键部分设计 设计中的主要的重点和难点有（1）伺服电机的选择（2）液压机构及控制系统的结构设计（3）刀盘的转定位与精确定位（4）轮系的设计

24、（5）整个刀塔系统的运动仿真（6）单伺服电机驱动刀盘和动力刀具的协调问题。所以在设计计算中应该优先解决这些问题。3.1 伺服电机的选择计算3.1.1 旋转件的转动惯量计算 转动惯量是描述刚体在转动中的惯性大小的物理量。当两个绕定轴转动的不同刚体受到相同的力矩分别作用时，它们所获得的角加速度一般是不一样的，转动惯量大的刚体所获得的角加速度小，即角速度改变得慢；反之，转动惯量小的刚体所获得的角加速度大，即角速度改变得快。刚体的转动惯量的定义是：若刚体为连续体，则用积分代替求和：根据加工的要求，所需的动力刀具也不尽相同，但是重量差别不是很多，估算时可以用平均重量进行估算。受到电动机的力矩驱动时，整个

25、盘共搭载12把刀具，估算时假设质量平均分部于刀盘。由刀架的结构简图可知,刀架在完成换刀动作时,伺服电机带动其旋转的部件共四个,它们分别是传动齿轮，刀架主轴和刀盘，因而只需估算这些元素的转动惯量然后累加在一起就能初步估算出来整个转位系统的转动惯量，进而可以求得电机需要提供的力矩大小。 现选取sauter公司的刀盘，刀盘外径为=410mm，刀具孔中心圆=370mm与刀盘座连接的螺孔中心圆为120mm。刀盘中心通孔=70mm。如图图 刀盘二维图刀盘三维模型如图3.2图刀盘三维图按照公式计算刀盘转动惯量即 即刀盘的转动惯量可近似看成1.53。刀盘座根据设计，三

26、维模型如图图刀盘座三维图根据公式计算其转动惯量：主轴根据空间结构其传动要求初步设计，三维模型如图3.4图 大轴三维图二维图及尺寸如图图大轴二维图根据公式计算其转动惯量其余零件由于转动惯量太小，在初步计算中不列于考虑范围。3.1.2电机转矩估算等效转动惯量折算电机的转矩，根据公式根据相邻刀位转动时间0.2s的初始条件，若连续转动则电机转速为25。则按照公式初步计算电机的转矩为=22根据查阅的资料，初步选择为安川伺服电机，根据查阅安川伺服电机说明手册，选取安川伺服电机SGMGH-44A。此伺服电机的数据如表表3.1

27、 .2.1安川伺服电机部分数据伺服电机型号SGMGH-44A额定输出4.4kw额定扭矩28.4瞬间最大扭矩71.7额定电流32.8A额定转速3000r/min最高转速6000r/min根据查阅安川伺服电机说明手册，安川伺服电机的SGMGH-44A的额定功率为4.4kw。额定扭矩为28.4。满足初步计算的扭矩要求。3.2 动力刀具传动链的转动惯量计算动力刀具传动链有传动齿轮以及传动轴，要计算动力刀具传动链的转动惯量则需计算其传动链上的所有零件的转动惯量。若把动力刀具传动轴上的所有零件视为整体，三维图如图3.2.1图3.2.1 动力刀具传动轴运用公式计算其转动惯量为计算过度齿轮的转动惯量运用公式计

28、算动力刀具轴的转动惯量等效转动惯量折算电机的转矩，根据公式根据动力刀具最高转速为6000r/min的初始条件，假设3秒达到6000r/min的最高转速。则按照公式初步计算电机的转矩为=6.4056查阅安川伺服电机说明书，查得SGMGH-44A的扭矩转速图如图3.2.2图3.2.2 SGMGH-44A扭矩转速图如上图显示，电机在最高转速6000r/min时的扭矩最大可达到10。满足动力刀具传动链的扭矩要求，所以此电机是满足此刀架的动力需求的。3.3 传动齿轮的设计计算 电机输出功率为4.4kw，小齿轮转速根据初始条件计算为50r/mm。根据公式计算其转矩为：刀盘转位驱动轴的转矩根据公式计算为根据

29、设计要求，传动比为2。小齿轮初选材料为40Cr，进行调质处理，硬度HBS=241286。大齿轮初选材料为45钢，进行调质处理，硬度为HBS=217-253。初选 选用斜齿轮。选择齿宽系数齿宽系数不宜过大，因此取。按齿面接触强度计算根据资料选 选 ，取，查得许用接触应力，。根据应力循环次数查得，。取失效概率1%，安全系数S=1。计算计算圆周速度计算齿宽b及计算模数计算齿宽吃高之比计算纵向重合度计算载荷系数K已知使用系数根据v=0.984m/s，8级精度，查得动载系数，。按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径计算模数按齿根弯曲强度设计计算载荷系数根据纵向重合度查得螺旋角影响系数计算当量齿数查取齿形

30、系数由资料查得，查应力校正系数由资料查得，计算大小齿轮的并加以比较由资料查得小齿轮的弯曲疲劳极限，大齿轮的弯曲疲劳极限。由资料查得弯曲疲劳寿命系数，。去弯曲疲劳安全系数S=1.4计算故，。所以设计计算得对比计算结果，由弯曲疲劳强度计算的法面模数小于由齿面接触疲劳强度计算去，可满足弯曲疲劳强度，为满足接触疲劳强度，需按照接触疲劳强度算得的分度圆直径。计算齿数 。可取，。计算中心距圆整为83mm齿轮宽度，驱动齿轮如图3.2.3图3.2.3 驱动齿轮三维图因为设计中驱动齿轮及动力刀具传动齿轮的传动比为1：1，所以动力刀具传动轴上的齿轮可以选用与驱动齿轮一样的齿轮。计算过度齿轮动力刀具传动轴转矩计算运

31、用公式过度齿轮的转矩为根据设计要求，传动比为4。小齿轮初选材料为40Cr，进行调质处理，硬度HBS=241286。大齿轮初选材料为45钢，进行调质处理，硬度为HBS=217-253。初选 选用斜齿轮。按齿面接触强度计算根据资料选 选 ，取，查得许用接触应力，。根据应力循环次数查得，。取失效概率1%，安全系数S=1。计算计算圆周速度计算齿宽b及计算模数计算齿宽齿高之比 计算纵向重合度计算载荷系数K已知使用系数根据v=0.984m/s，8级精度，查得动载系数，。按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径计算模数按齿根弯曲强度设计计算载荷系数根据纵向重合度查得螺旋角影响系数计算当量齿数查取齿形系数由资料

32、查得，查应力校正系数由资料查得，计算大小齿轮的并加以比较由资料查得小齿轮的弯曲疲劳极限，大齿轮的弯曲疲劳极限。由资料查得弯曲疲劳寿命系数，。去弯曲疲劳安全系数S=1.4计算故，。所以设计计算得对比计算结果，由弯曲疲劳强度计算的法面模数小于由齿面接触疲劳强度计算去，可满足弯曲疲劳强度，为满足接触疲劳强度，需按照接触疲劳强度算得的分度圆直径。计算齿数 。可取，。计算中心距圆整为138mm。齿轮宽度，。因为过度齿轮是动力刀具的传动齿轮，但是安装在刀盘转位驱动轴上。因为过度齿轮转动不能带动刀盘转位驱动轴转动，所以在过度齿轮与刀盘转位驱动轴之间加入一个轴承，以便实现过度齿轮在轴上空转。由于过度齿轮不承受

33、多少轴向力，所以在其内可安装深沟球轴承。如图3.2.4图3.2.4 过度齿轮二维图动力刀具驱动齿轮和过度齿轮的传动比根据设计为1：1，可以采用与动力刀具传动轴相同直径以及模数的齿轮。3.4 传动轴的设计计算刀盘转位驱动轴最小轴径计算=48mm，圆整为50mm，轴设计图如图3.3.1。图3.3.1 大轴设计图取d1=50mm，在轴的后端需要安装轴承，所以设计L1=25mm。第二段加工为花键轴，以便实现刀盘转位与动力刀具驱动之间的动力切换。L2=74mm，然后查阅花键国家标准GB/T1144-2001,取轴的大径为60mm，小径为52mm，键宽为10mm。花键部分国家标准数据如表3.3.1小径d轻

34、系列中系列规格键数大径D键宽B规格键数大径D键宽B116x11x14x36143136x13x16x3.5163.5166x16x20x4204186x18x22x5225216x21x25x525236x23x26x662666x23x28x6286266x26x30x6306x26x32x632286x28x32x73276x28x34x7347326x32x38x63668x32x38x68386368x36x40x784078x36x42x7427428x42x46x84688x42x48x8488468x46x50x95098x46x54x9549528x52x59x1058108x

35、52x60x106010568x56x62x10628x56x65x1065628x62x68x1068128x62x72x1272127210x72x78x107610x72x82x12828210x82x88x128810x82x92x1292表3.3.1 部分花键国家标准数据L3段需安装轴承取d3=70mm，L3=28.5mm。轴承需轴肩定位，去d4=80mm，L4段需要安装端齿盘及液压系统，为其流出安装空间，设计L4=101mm。L5段为与端齿盘中的动盘的连接需要，d5=100mm，L5=10mm。L6段安装过度齿轮，d6=80mm，L6=55mm。动力刀具传动轴设计计算根据电机的额定

36、输出功率确定最小轴径，运用公式计算得=11mm，圆整为20mm。动力刀具传动轴如图3.3.2图3.3.2动力刀具传动轴设计图L1段需安装齿轮，故需安装键槽，由于齿轮相对与轴承为悬臂支撑，所以轴两端需要安装轴端挡圈，设计d1=20mm，L1=35mm。L2和L4段需要安装轴承，d2=d4=25mm，L2=L4=17mm。L3段为刀架空间设计需要，同时轴承需要轴肩定位，取d3=30mm。L5段为了实现动力刀具和动力脱开啮合设计为花键轴，大径为25mm，小径为21mm，取中系列，花键国家标准GB/T1144-2011的部分数据如表5。3.5 轴承的选择各种轴承特性如表3.4.1轴承名称特点调心球轴承

37、 能承受少量轴向力，因为外圈滚道是以轴承中心为中心的球面，故能自动调心，允许内圈相对外圈轴线偏斜量。一般不宜承受纯轴向载荷。调心滚子轴承 性能、特点与调心球轴承相同，但具有较大的径向承载能力，允许内圈对外圈轴线偏斜量。推力调心滚子轴承 用于承受以轴向载荷为主的轴向、径向联合载荷，但径向载荷不得超过轴向载荷的55%。运转中滚动体受离心力矩作用，滚动体与滚道间产生滑动，并导致轴圈与座圈分离。为保证正常工作，需是施加一定的轴向预载荷。允许轴圈对座圈轴线偏斜量。圆锥滚子轴承 可以同时承受径向载荷及轴向载荷（30000型以径向载荷为主，3000B型以轴向载荷为主）。外圈可分离，安装时可调整轴承的游隙。一

38、般成对使用。推力球轴承 只能承受轴向载荷。高速时离心力大，钢球与保持架磨损，发热严重，寿命降低，故极限转速很低。为了防止钢球与滚道之间的滑动，工作是必须加有一定的轴向载荷。轴线必须与轴承座底面垂直，载荷必须与轴线重合，以保证钢球载荷的均匀分配。深沟球轴承 主要承受径向载荷，也可同时承受小的轴向载荷。当量摩擦系数最小。在高转速时，可用来承受纯轴向载荷，工作中允许内、外圈轴线偏斜量，大量生产，价格最低。角接触球轴承 可以同时承受径向载荷及轴向载荷及轴向载荷，也可以单独承受轴向载荷。能在较高转速下正常工作。由于宇哥轴承只能承受单向的轴向力，因此，一般成对使用。承受轴向载荷的能力与接触角有关。接触角大

39、的，承受轴向载荷的能力也高。圆柱滚子轴承 有较大的径向承载能力。外圈可以分离，故不能承受轴向载荷，滚子由内圈的挡边轴向定位，工作时允许内、外圈有少量的轴向错动。内外圈轴线的允许偏斜量有小（2-4）.此类轴承还可以不带外圈或内圈。滚针轴承 在同样内径条件下，与其他类型轴承相比，其外径最小，内圈或外圈可以分离，工作室允许内、外圈有少量的轴向错动。有较大的径向承载能力。一般不带保持架。摩擦系数较大。带顶丝外球面球轴承内部结构与深沟球轴承相同，但外圈具有球形外表面，与带有凹球面的轴承座相配能自动调心。常用紧定螺钉、偏心套或紧定套将轴承内圈固定在轴上。轴心线语序偏斜。表3.4.1 各种轴承的特性根据各轴

40、受力情况分析选取轴承，在刀盘转位驱动轴的L1段选取深沟球轴承6010GB/T276-1994，因为深沟球轴承可承受径向力，也可以承受较小的轴向力，在L3段选用圆锥滚子轴承30214GB/T297-1994来承受由端齿盘啮合以及齿轮滑移带来的轴向力。在动力刀具传动轴的的L2与L4段因为拨叉拨动滑移齿轮产生的轴向力较小，所以可以选用深沟球轴承来承受较小的轴向力，选用6005GB/T276-1994。在动力刀具驱动轴上因基本不承受轴向力，所以选用两个深沟球轴承承受径向力。选用6007GB/T276-1994。3.6端齿盘设计计算 端齿盘是动力刀架刀盘转位控制精度的重要零件。其精度决定刀盘转位精度。为

41、了保证端齿盘的定位精度和刚度，对端齿盘做以下技术要求：端齿盘材料采用40Cr，齿部渗氮后磨齿加工；齿宽接触率为70%以上；齿高接触为啮合高度85%以上，两齿盘啮合时的接触齿数应在90%以上，接触不良的齿不啮合；安装基准孔轴线对分度中心的位置度，一般取0.020.04mm，对精密齿盘应在0.01mm以内；安装基准端面对分度的平行度，一般取0.010.04mm，对精密齿盘应在0.01mm以内。本刀架采用标准直齿端齿盘，齿的啮合深度通常设计为45mm，可获得所需的琐紧力满足刀架刚度要求，所以本次设计将齿的啮合深度设计为4mm。这一设计也可减少活塞的行程，节省功率。 查得有关标准得出以下参数：端齿盘外

42、径d：端齿盘的外径主要由设计结构所允许的空间范围来确定。在结构允许 的情况下，外径越大越好，这样可以增强分度或定位机构的稳定性。 根据车削中心动力刀架的总体结构和外径系列选取d=180mm。齿数z： 根据JB/T 4316.1-1999查得当外径d=180mm时，齿数可以为60和 72两种，它们的最小分度角分别为和，因为本次设计的动力刀架 工位数为8工位，转一个工位从动盘需要转过角度，应该是最小 分度角的倍数关系，所以选取最小分度角为，从而选取z=72。 齿长F： F=10mm齿盘厚度： H/2+m=21.24mm齿距t: t=7.85mm齿厚S： S=3.93mm全齿高h: h=5mm齿顶高

43、m: m=1.24mm端齿盘部分国家标准见表3.5.1序号外径 D内径 d齿长Fmax齿盘副厚度H 螺 栓 孔锥销 孔 分布圆直径D数量 n直径沉孔直径沉孔深度 b1100556307266.6116.88211065823125708904140804010291595160100122618012010140720014016082201505017581118111092501801220210280200230113202202601236026016602951213.520131213400300335144503503851550040020704301656045048517.

44、52617.51617630500258054018710580620表3.5.1 端齿盘部分国家标准3.7强度校核如图3.7.1为主轴和刀盘连接示意图，通过8个M12的螺栓螺母将刀盘座和刀盘连接在一起，通过4个M10的内六角头螺钉将刀盘座和主轴连接。不难发现，4个M10的内六角头螺钉承受相当大的剪切应力，是连接的薄弱部分，需要对其进行校核。图3.7.1 刀架薄弱连接示意图1. 刀盘 2.螺栓 3.内六角头螺钉 4.主轴刀盘以及刀盘座的转动惯量之和为1.7设刀盘转动时的启动加速度为。则通过螺钉传递的转矩以及负载转动惯量满足下列公式：得出结果带入上式得出。螺钉受的剪切力运用公式计算如下：根据机械

45、设计手册查得，所用内六角头螺钉的许用剪切应力为120MPa，所以此内六角头螺钉满足剪切应力的要求，下面校核挤压应力：根据机械设计手册查得，所用内六角头螺钉的许用挤压应力为150MPa，所以此内六角头螺钉满足挤压应力的要求。综上所述，在这部分的连接中，所设计的连接时可靠的，满足材料的许用应力的要求。3.8关键部分设计3.8.1液压系统设计计算本次设计中运用到了液压系统。液压系统一共有五个组成部分，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件（附件）和液压油。动力元件：动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，即是液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片

46、泵、柱塞泵和螺杆泵等等。执行元件：执行元件(如液压缸和液压马达)的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。控制元件：控制元件(即各种液压阀)在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能的不同，液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀包括溢流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。辅助元件：辅助元件包括油箱、滤油器、冷却器、加热器、蓄能器、油管及管接头、密封圈、快换接头、高

47、压球阀、胶管总成、测压接头、压力表、油位计、油温计等。液压油：液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。本次设计中涉及要液压系统的有两处：鼠牙盘离合系统以及动力切换装置中的拨叉拨动滑移齿轮。所以需要计算液压缸直径，查资料取液压缸的工作压力位0-2.5MPa。运用公式计算液压直径。所以设计鼠牙盘离合系统液压缸直为90mm。拨叉驱动液压缸运用公式计算其直径，设计拨叉驱动液压缸直径为20mm。转塔动力刀架的整个液压系统由油泵、两个二位四通阀及液压缸组成，分别控制端齿盘和动力刀具离合结构。塔身离合控制机构与动力刀具离合结构的端部分别装有行程开关，程序根据传感器的

48、信号来判断两个液压缸是否运动到位。二位四通阀是通过电磁铁完成换位动作，根据二位四通阀的换位来控制液压缸动作。当刀盘需要转位时，电磁铁通电，二位四通换位阀工作，将端齿盘的定盘以及液压缸中的活塞体向右推，是端齿盘的动盘和定盘脱开。当刀盘转位完成后，电磁铁在工作将二位四通阀换位，使端齿盘的定盘和活塞体一起向左运动，是端齿盘完成啮合，实现刀盘转位的精定位。在刀盘转位完成后，控制系统发出信号，驱动两个小液压缸的液压控制器，两个小液压缸使用并联油路，在刀盘转位完成后，是拨叉拨动滑移齿轮同时完成刀盘的驱动齿轮的脱开和动力刀具传动齿轮的啮合。示意图图 液压系统示意图3.8.2 动力

49、刀具接口设计目前在市场上有多种动力刀座如：DIN1809接口类型、DIN5480与DIN5480P接口类型、DIN5482接口类型和梅花式接口类型。各种类型接口如图图各种动力刀座接口各种接口特点如表表 各种动力刀具接口特点接口类型DIN1809DIN5480其他所占比例75%20%5%优点大大简化了离合器设计，切换速度较快切换速度快切换刀具，电机不需要停止缺点启动的时候有振动，噪声略大，时间长有磨损离合器设计较为复杂，加工制造成本较高，装配困难通用性较差，动力刀座多为厂家的定制产品发展趋势目前已经开发出可补偿的1809接口，间隙减小，温升、噪声大大降低，在未来BMT刀架应用上会成为主流接口随着DIN5480P专利的保户过期，10-15年内（VDI应用），这种接口会得到广泛应用随着BMT刀架的流行，未来此类接口不会得到普及DIN1809接口的外形呈一字型，区别于其他接口的最大的优点是不需要离合。相比其他外形的接口而言，花键外形的DIN5480接口、渐开线花键外形的DIN5482接口、端面键外形的梅花式接口，都需要通过液压缸驱动的离合器用来控制动力刀座与传动轴的脱开分离与接合锁紧。当采用DIN1809接口时，刀座固连于刀盘上，并且在跟随刀盘一起转位到目标位置之后，接口能够直接进入动力传动轴的楔口，